CN102412899A - 一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统 - Google Patents

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Abstract

一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，涉及光载无线通信领域。解决了现有RoF系统的频带利用率低、噪声大、误码率高的问题。本系统的双电极马赫曾德调制器分别与第一激光器、射频信号发生器、π移相器、偏置电压源、地、第一3dB耦合器输入接。第一3dB耦合器一输出经第一起偏器、第一强度调制器、第二3dB耦合器、EDFA光纤放大器、下行链路光纤、第三3dB耦合器、第一检偏器、第一光电转换器、第一滤波器、毫米波放大器与发射天线接。第一3dB耦合器的另一输出经第二检偏器、第二3dB耦合器、EDFA光纤放大器、下行链路光纤、第二光电转换器、第二滤波器、乘法器与接收天线接。本发明主要用于实现频带利用率高、噪声小、误码率低的RoF系统。

Description

一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统
技术领域
本发明涉及光载无线通信(radio-over-fiber，缩写为RoF)技术领域，具体地讲是一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统。
背景技术
随着通信业务的不断发展，要求通信系统能提供高速率、高可靠和无处不在的多媒体业务，使通信系统走向无线化和宽带化。光载无线通信(radio-over-fiber，缩写为RoF，又称光纤无线通信)采用光纤作为中心基站(CS：Central Station)和基站(BS：Base Station)之间的传输介质，直接用光载波传输毫米波信号，结合光纤通信和无线通信技术，充分利用两者各自的特点实现更高的频带传输和更大的系统容量。
由于RoF系统工作于毫米波段，产生毫米波的技术成为RoF系统的关键技术。传统的RoF系统中，要产生两个毫米波信号，需要使用多个双电极马赫曾德调制器，调制出四个频率分量，分别经过光电探测器差频来实现[Li Jing，TigangNing，et al.60 GHz Radio over Fiber Technology for Wireless Access by employingNarrow-Angle PSK Modulation.Optics Communications.2011.284：3428-3432]，或者是采用多个激光器作为光源[Jing Li，Tigang Ning，et al.Millimeter-waveradio-over-fiber system based on two-step heterodyne technique.OPTICS LETTERS.2009，34(20)：3136-3138]。这样一来，频带利用率低，系统噪声大，系统的误码率高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，现有的RoF系统的频带利用率低，系统噪声大，系统误码率高。提出一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统。
它利用偏振片的传输特性，使得频率相同、携带信息不同的光波信号可以同时在一根光纤里传输，并在基站将其分离。频谱利用率高、系统容量大、误码率低、传输距离远，适用于实用产品的开发与应用推广。
解决其技术问题的技术方案：
一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，包括中心站、上行链路光纤、下行链路光纤和基站，中心站和基站通过上行链路光纤、下行链路光纤连接。
所述一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统的下行链路结构：
第一激光器的输出端与双电极马赫曾德调制器输入端连接；双电极马赫曾德调制器的一个直流电极与偏置电压源的输出端连接，另外一个直流电极接地，一个RF电极与射频信号发生器输出端连接，另一个RF电极与π移相器的输出端连接，π移相器的输入端与射频信号发生器的输出端连接。
双电极马赫曾德调制器的输出端与第一3dB耦合器的输入端连接，第一3dB耦合器的一个输出端与第一起偏器的输入端连接，第一3dB耦合器的另一个输出端与第二起偏器的输入端连接；第一起偏器的输出端与第一强度调制器的光输入端连接，对第一强度调制器施加二进制基带调制信号；第一强度调制器的输出端与第二3dB耦合器的一个输入端连接；第二起偏器的输出端与第二3dB耦合器的另一个输入端连接。
第二3dB耦合器的输出端与EDFA光纤放大器的输入端连接，EDFA光纤放大器的输出端通过下行链路光纤连接到第三3dB耦合器的输入端。
第三3dB耦合器的一个输出端与第一检偏器的输入端连接，第一检偏器的输出端与第一光电转换器的输入端连接，第一光电转换器的输出端与第一滤波器的输入端连接，第一滤波器的输出端与毫米波放大器的输入端连接，毫米波放大器的输出端与发射天线连接。
所述一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统的上行链路结构：
第三3dB耦合器的另一个输出端与第二检偏器的输入端连接，第二检偏器的输出端与第二光电转换器的输入端连接，第二光电转换器的输出端与第二滤波器的输入端连接，第二滤波器的输出端与乘法器的一个输入端连接，乘法器的另一个输入端与接收天线连接，乘法器的输出端与第一低通滤波器的输入端连接，第一低通滤波器的输出端与第二强度调制器的电信号输入端连接，第二激光器的输出端与第二强度调制器的光信号输入端连接，强度调制器的输出端通过上行链路光纤与第三光电转换器的输入端连接；第三光电转换器的输出端与第二低通滤波器的输入端连接。
本发明的有益效果具体如下：
本发明只用一个双电极马赫曾德调制器，调制出两个频率分量，用这两个频率分量同时产生基站的本地毫米波和载有调制信息的毫米波。提高了频带利用率，增加了系统容量；同时，只用了一个双电极马赫曾德调制器，降低了由于调制而产生的系统噪声，降低系统的误码率。
附图说明
图1一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统结构框图。
图中：中心站1、下行链路光纤2-1、上行链路光纤2-2、基站3、第一激光器1-1、射频信号发生器1-2、双电极马赫曾德调制器1-3、第一3dB耦合器1-4、第一起偏器1-5、第一强度调制器1-6、二进制基带调制信号1-7、第二起偏器1-8、第二3dB耦合器1-9、EDFA光纤放大器1-10、第三光电转换器1-11、第二低通滤波器1-12、基带数字信号1-13、π移相器1-14、偏置电压源1-15、第三3dB耦合器3-1、第一检偏器3-2、第一光电转换器3-3、第一滤波器3-4、发射天线3-5、第二检偏器3-6、第二光电转换器3-7、第二滤波器3-8、乘法器3-9、低通滤波器3-10、第二激光器3-11、第二强度调制器3-12、毫米波放大器3-13、接收天线3-14。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，如图1所示，它包括中心站1、上行链路光纤2-2、下行链路光纤2-1和基站3，中心站1和基站3通过上行链路光纤2-2、下行链路光纤2-1连接。
所述一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统的下行链路结构：
第一激光器1-1的输出端与双电极马赫曾德调制器1-3输入端连接；双电极马赫曾德调制器的一个直流电极与偏置电压源1-15的输出端连接，另外一个直流电极接地，一个RF电极与射频信号发生器1-2输出端连接，另一个RF电极与π移相器1-14的输出端连接，π移相器1-14的输入端与射频信号发生器1-2的输出端连接。
双电极马赫曾德调制器1-3的输出端与第一3dB耦合器1-4的输入端连接，第一3dB耦合器1-4的一个输出端与第一起偏器1-5的输入端连接，第一3dB耦合器1-4的另一个输出端与第二起偏器1-8的输入端连接；第一起偏器1-5的输出端与第一强度调制器1-6的光输入端连接，对第一强度调制器1-6施加二进制基带调制信号1-7；第一强度调制器1-6的输出端与第二3dB耦合器1-9的一个输入端连接；第二起偏器1-8的输出端与第二3dB耦合器1-9的另一个输入端连接。
第二3dB耦合器1-9的输出端与EDFA光纤放大器1-10的输入端连接，EDFA光纤放大器1-10的输出端通过下行链路光纤2-1连接到第三3dB耦合器3-1的输入端。
第三3dB耦合器3-1的一个输出端与第一检偏器3-2的输入端连接，第一检偏器3-2的输出端与第一光电转换器3-3的输入端连接，第一光电转换器3-3的输出端与第一滤波器3-4的输入端连接，第一滤波器3-4的输出端与毫米波放大器3-13的输入端连接，毫米波放大器3-13的输出端与发射天线3-5连接。
所述一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统的上行链路结构：
第三3dB耦合器3-1的另一个输出端与第二检偏器3-6的输入端连接，第二检偏器3-6的输出端与第二光电转换器3-7的输入端连接，第二光电转换器3-7的输出端与第二滤波器3-8的输入端连接，第二滤波器3-8的输出端与乘法器3-9的一个输入端连接，乘法器3-9的另一个输入端与接收天线3-14连接，乘法器3-9的输出端与第一低通滤波器3-10的输入端连接，第一低通滤波器3-10的输出端与第二强度调制器3-12的电信号输入端连接，第二激光器3-11的输出端与第二强度调制器3-12的光信号输入端连接，强度调制器3-12的输出端通过上行链路光纤2-2与第三光电转换器1-11的输入端连接；第三光电转换器1-11的输出端与第二低通滤波器1-12的输入端连接，第二低通滤波器1-12输出基带数字信号1-13。
所述的第一滤波器3-4和第二滤波器3-8采用带通滤波器或隔直滤波器。
所述的第一起偏器1-5、第二起偏器1-8、第一检偏器3-2和第二检偏器3-6采用线偏振片时，第一起偏器1-5和第二起偏器1-8的偏振方向相互垂直，第一检偏器3-2的偏振方向与第一起偏器1-5的偏振方向相同，第二检偏器3-6的偏振方向与第二起偏器1-8的偏振方向相同；
所述的第一起偏器1-5、第二起偏器1-8、第一检偏器3-2和第二检偏器3-6采用圆偏振片或椭圆偏振片时，第一起偏器1-5和第二起偏器1-8的偏振方向不同，第一检偏器3-2的偏振方向与第一起偏器1-5的偏振方向相同，第二检偏器3-6的偏振方向与第二起偏器1-8的偏振方向相同。
所述的偏置电压源1-15的输出电压Vbias＝Vπ，将双电极马赫曾德调制器1-3偏置于最小传输点，其中Vπ为双电极马赫曾德调制器1-3的半波电压。所述的双电极马赫曾德调制器1-3的调制系数为
Figure BDA0000110373350000061
Vp-p为射频信号发生器1-2输出射频信号的峰峰值幅度。
本发明的工作过程如下：
第一激光器1-1产生中心频率为F的光波信号，射频信号发生器1-2产生频率为f的射频信号。
调节偏置电压源(1-15)的输出电压Vbias＝Vπ，将双电极马赫曾德调制器(1-3)偏置于最小传输点，调节射频信号发生器1-2输出信号的峰峰值幅度Vp-p使双电极马赫曾德调制器1-3的调制系数双电极马赫曾德调制器1-3输出的光波信号主要包括两个频率分量：F-f和F+f；其中Vπ为双电极马赫曾德调制器1-3的半波电压。
双电极马赫曾德调制器1-3输出的光波信号经过第一3dB耦合器1-3分为两路，第一路光波信号输入第一起偏器1-5，第二路光波信号输入第二起偏器1-8；调节并使第一起偏器1-5与第二起偏器1-8的偏振化方向相互正交；通过第一强度调制器1-6把二进制基带调制信号1-7调制在第一起偏器1-5输出的光波中；经过第二3dB耦合器1-9耦合输出的光波中包含所述两路光波信号：第一路包含两个频率分量：F-f和F+f，并且载有调制信息；第二路同样包含两个频率分量：F-f和F+f，但无调制信息；第二路光波信号与第一路光波信号的偏振化方向相互正交。
基站3中，光波经过第三3dB耦合器3-1分为两路，分别输入第一、第二检偏器3-2、3-6。调节并使第一检偏器3-2与第一起偏器1-5的偏振化方向相同，第二检偏器3-6与第二起偏器1-8的偏振化方向相同，此时，经过第一检偏器3-2输出的光波信号只包含有载有调制信息的光波信号，经第一光电转换器3-3差频之后，产生中心频率为2f且载有调制信息的毫米波信号；经过第二检偏器3-6输出的光波信号只包含无调制信息的光波信号，经第二光电转换器3-7差频之后，产生中心频率为2f的本地毫米波信号。
接收天线3-14接收到的信号经过与本地毫米波信号混频、低通滤波，再调制到第二激光器3-11产生的光载波上，通过上行链路光纤2-2传输到中心站1，再经过光电转换、低通滤波，解调出基带数字信号1-13。

Claims (4)

1.一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，包括中心站(1)、上行链路光纤(2-2)、下行链路光纤(2-1)和基站(3)，中心站(1)和基站(3)通过上行链路光纤(2-2)、下行链路光纤(2-1)连接，其特征在于：
所述一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统的下行链路结构：
第一激光器(1-1)的输出端与双电极马赫曾德调制器(1-3)输入端连接；双电极马赫曾德调制器的一个直流电极与偏置电压源(1-15)的输出端连接，另外一个直流电极接地，一个RF电极与射频信号发生器(1-2)输出端连接，另一个RF电极与π移相器(1-14)的输出端连接，π移相器(1-14)的输入端与射频信号发生器(1-2)的输出端连接；
双电极马赫曾德调制器(1-3)的输出端与第一3dB耦合器(1-4)的输入端连接，第一3dB耦合器(1-4)的一个输出端与第一起偏器(1-5)的输入端连接，第一3dB耦合器(1-4)的另一个输出端与第二起偏器(1-8)的输入端连接；第一起偏器(1-5)的输出端与第一强度调制器(1-6)的光输入端连接，对第一强度调制器(1-6)施加二进制基带调制信号(1-7)；第一强度调制器(1-6)的输出端与第二3dB耦合器(1-9)的一个输入端连接；第二起偏器(1-8)的输出端与第二3dB耦合器(1-9)的另一个输入端连接；
第二3dB耦合器(1-9)的输出端与EDFA光纤放大器(1-10)的输入端连接，EDFA光纤放大器(1-10)的输出端通过下行链路光纤(2-1)连接到第三3dB耦合器(3-1)的输入端；
第三3dB耦合器(3-1)的一个输出端与第一检偏器(3-2)的输入端连接，第一检偏器(3-2)的输出端与第一光电转换器(3-3)的输入端连接，第一光电转换器(3-3)的输出端与第一滤波器(3-4)的输入端连接，第一滤波器(3-4)的输出端与毫米波放大器(3-13)的输入端连接，毫米波放大器(3-13)的输出端与发射天线(3-5)连接；
所述一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统的上行链路结构：
第三3dB耦合器(3-1)的另一个输出端与第二检偏器(3-6)的输入端连接，第二检偏器(3-6)的输出端与第二光电转换器(3-7)的输入端连接，第二光电转换器(3-7)的输出端与第二滤波器(3-8)的输入端连接，第二滤波器(3-8)的输出端与乘法器(3-9)的一个输入端连接，乘法器(3-9)的另一个输入端与接收天线(3-13)连接，乘法器(3-9)的输出端与第一低通滤波器(3-10)的输入端连接，第一低通滤波器(3-10)的输出端与第二强度调制器(3-12)的电信号输入端连接，第二个激光器(3-11)的输出端与第二强度调制器(3-12)的光信号输入端连接，强度调制器(3-12)的输出端通过上行链路光纤(2-2)与第三光电转换器(1-11)的输入端连接；第三光电转换器(1-11)的输出端与第二低通滤波器(1-12)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，其特征在于：
所述的第一滤波器(3-4)和第二滤波器(3-8)采用带通滤波器或隔直滤波器。
3.根据权利要求1所述的一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，其特征在于：
所述的第一起偏器(1-5)、第二起偏器(1-8)、第一检偏器(3-2)和第二检偏器(3-6)采用线偏振片时，第一起偏器(1-5)和第二起偏器(1-8)的偏振方向相互垂直，第一检偏器(3-2)的偏振方向与第一起偏器(1-5)的偏振方向相同，第二检偏器(3-6)的偏振方向与第二起偏器(1-8)的偏振方向相同；
所述的第一起偏器(1-5)、第二起偏器(1-8)、第一检偏器(3-2)和第二检偏器(3-6)采用圆偏振片或椭圆偏振片时，第一起偏器(1-5)和第二起偏器(1-8)的偏振方向不同，第一检偏器(3-2)的偏振方向与第一起偏器(1-5)的偏振方向相同，第二检偏器(3-6)的偏振方向与第二起偏器(1-8)的偏振方向相同。
4.根据权利要求1所述的一种高频谱利用率的偏振复用毫米波RoF系统，其特征在于：
所述的偏置电压源(1-15)的输出电压Vbias＝Vπ，将双电极马赫曾德调制器(1-3)偏置于最小传输点，其中Vπ为双电极马赫曾德调制器(1-3)的半波电压；
所述的双电极马赫曾德调制器(1-3)的调制系数为
Figure FDA0000110373340000031
Vp-p为射频信号发生器(1-2)输出射频信号的峰峰值幅度。
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